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研究生: 陳孟男
Chen, Meng-Nan
論文名稱: 石材複合薄板性能之研究以複合介面黏著強度及破壞模數試驗為主
A Study on the Performance of Ultra-lite Stone Panels Using Bonding Strength of Adhesives and Modulus of Rupture as an Example
指導教授: 陳太農
Chen, Tai-non
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 規劃與設計學院 - 建築學系
Department of Architecture
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 98
中文關鍵詞: 破壞模數黏著強度石材補強石材薄板
外文關鍵詞: Modulus of rupture, Bonding strength of adhesives, Reinforced stone, Ultra-lite Stone Panels
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  • 在地球永續經營的潮流中,石材技術近年來亦朝向石礦資源綠色技術發展,將石材切薄製成石材複合薄板,期望仍可保有原有石材之特點,並減輕其重量一半以上。不僅減少建築物負荷,更可增加單位體積原石之石板生產面積,在地球有限的石材資源上可以節省其用量。

    本論文透過相關文獻整理,建立國內對於石材薄板之認識。並從建築物安全性的觀點,以試驗方法瞭解石材薄板在外在環境的影響下,是否會導致性能上的劣化。本試驗以人工加速耐候機模擬石材薄板受到外界環境之影響度,並測試耐候作用後石材薄板複合介面黏著強度及破壞模數強度是否會受到影響的變化。

    本試驗石材試體以三種不同補強材(鐵網、玻纖、碳纖維)補強。經由耐候試驗後,分別施予黏著強度的拉拔試驗及破壞模數試驗,得到以下結果:
    1.經由補強後的石材破壞模數強度排序:
    碳纖維試體(1975 kgf/cm2)>玻纖試體(1396 kgf/cm2)>鐵網試體(633 kgf/cm2)>塗佈環氧樹脂試體(213 kgf/cm2)>未補強石材試體( 186 kgf/cm2)。
    2.複合介面黏著強度:三種補強材皆因耐候變化後呈現下降趨勢,且經耐候試驗600小時後的試體,黏著強度皆小於20Kgf/cm2。
    3.破壞模數試驗中主要破壞型態有:
    碳纖維(脫層破壞、壓力側石材破壞、剪力破壞)、
    玻纖 (混合破壞、壓力材張力材同時破壞)、
    鐵網 (在張力側彎矩破壞)。

    In recent years, stone industry has been focused on eco-technology. Stone is lightened into ultra-lite stone panels to preserve its original character and cut down more than half of the weight at the same time. The burden of a building can be eased and stone slab can also increase if thinning and reinforcing the stone before using. Thus the limited resource of stone on earth can be saved.

    According to former studies, this study is aimed to establish the introduction of ultra-lite stone panels. So as to know if the performance of stone panels will be worse to jeopardize users and the public due to environmental effect. This study uses weather meter to simulate the environmental effect on ultra-lite stone panels and measures the adhesion force and strength of the panels under weathering test.

    After the weathering test, three kinds of reinforced stone samples—steel mesh, glass fiber, and carbon fiber—are given a test of bonding strength of adhesives and modulus of rupture. The findings of this research are:

    1. Strength of the reinforced stone samples:
    the stone samples reinforced by carbon fiber>the stone samples reinforced by glass fiber>the stone samples reinforced by steel mesh>the stone samples reinforced by epoxy resin>the original stone samples

    2. Bonding strength of adhesives:
    The bonding strength of adhesives of the three reinforcements reduces and is below 20Kgf/cm2.

    3. The damage of modulus of rupture:
    The stone samples reinforced by carbon fiber
    (delamination、compression member failure、shear failure)
    The stone samples reinforced by glass fiber
    (compression and tension member failure at the same time)
    The stone samples reinforced by steel mesh
    (bending failure)

    第一章 緒論 1-1 研究動機 1-1 1-2 研究目的 1-2 1-3 研究對象 1-2 1-4 研究方法與流程1-2 第二章 文獻回顧 2-1 前言 2-1 2-2 相關文獻回顧 2-1 2-3 石材複合薄板的認識 2-5 2-3-1 前言 2-5 2-3-2 石材複合薄板之定義 2-6 2-3-3 石材複合薄板性能要求 2-8 2-3-4 石材複合薄板之製作2-9 2-3-5 石材複合薄板背面補強材料種類2-11 2-3-6 石材複合薄板固定工法 2-12 2-4 小結 2-16 第三章 石材複合薄板耐久性試驗 3-1 試驗計畫 3-1 3-2 試驗目的 3-2 3-3 相關規範概述 3-3 3-4 試驗項目選取 3-4 3-5 試體取樣 3-5 3-5-1 試驗材料取樣原則 3-5 3-5-2 試體取樣結果 3-7 3-5-3 試體製作及數量計算3-8 3-6 試驗方法與設備 3-9 3-6-1 試驗方法 3-9 3-6-2 試驗設備 3-9 3-6-3 試體編碼 3-12 3-7 試驗流程與紀錄 3-12 3-7-1試驗流程 3-12 3-7-2試驗紀錄 3-14 3-7-3預備試驗 3-15 3-7-4正式試驗 3-22 第四章試驗結果整理與分析 4-1 前言 4-1 4-2 石材薄板補強前後強度之比較 4-2 4-3 經耐久試驗前後黏著力之比較 4-3 4-4 經耐久試驗前後破壞模數之比較4-7 4-5 試驗結果分析 4-11 4-6 小結 4-21 第五章 問題整理歸納及應用案例 5-1 前言 5-1 5-2 問題整理歸納 5-1 5-2-1 現階段國內使用石材薄板的問題 5-1 5-2-2 試驗過程中『黏著強度』與『破壞模數』 的問題 5-1 5-2-3 石材經補強後所呈現出的材料特性 5-2 5-3 石材複合薄板實際應用案例 5-4 第六章 結論與建議 6-1 結論6-1 6-2 建議6-1 表目錄 表1-2-1 構材受載重變位情形 2-6 表2-3-2-1 相關名詞定義與出處表 2-6 表2-3-2-2 有關石材複合薄板名稱稱呼及出處 2-7 表2-3-5-1 補強材料與黏結材料種類 2-11 表2-3-5-2 補強材料種類 2-12 表2-3-6-1 乾式石材吊掛工法 2-13 表2-3-6-2 乾式石材背擴孔照片 2-13 表2-3-6-3 乾式石材背擴孔工法擴孔示意圖 2-13 表2-3-6-4 內牆固定方式 2-14 表2-3-6-5 外牆固定方式 2-15 表3-1-1 試驗計畫概要表 3-2 表3-3-1 相關參考規範 3-3 表3-4-1 本研究相關試驗項目規範 3-4 表3-5-1-1 石材試體取樣類別與基本資料3-5 表3-5-1-2 補強材種類決定表3-6 表3-5-2-1 取樣結果表 3-7 表3-5-2-2 石材補強物理性能表3-7 表3-5-3-2 預備試驗試體計算表-8 表3-5-3-3 正式試驗試體計算表3-8 表3-7-3-1 預備試驗組編碼表3-15 表3-7-3-2 破壞位置及其型態表3-16 表3-7-3-3 以鐵網補強經耐候前後之黏著強度3-17 表3-7-3-4 以玻纖補強經耐候前後之黏著強度3-17 表3-7-3-5 以碳纖維補強經耐候前後之黏著強度3-17 表3-7-3-6 破壞位置及其型態表3-18 表3-7-3-7 以鐵網補強經耐候前後之破壞模數3-19 表3-7-3-8 以玻纖補強經耐候前後之破壞模數3-19 表3-7-3-9 以碳纖維補強經耐候前後之破壞模數3-20 表3-7-4-1 正式試驗組編碼表3-22 表4-2-1 使用各種補強材狀況下破壞模數之比較表 4-2 表4-3-1 以鐵網補強黏著強度試驗紀錄表 4-4 表4-3-2 以玻纖補強黏著強度試驗紀錄表 4-5 表4-3-3 以碳纖維補強黏著強度試驗紀錄表 4-6 表4-4-1 以鐵網補強破壞模數試驗紀錄表 4-8 表4-4-2 以玻纖補強破壞模數試驗紀錄表 4-9 表4-4-3 以碳纖維補強破壞模數試驗紀錄表4-10 表4-5-1 整體黏著強度紀錄表4-11 表4-5-2 試體及拉拔面照片 4-12 表4-5-3 纖維照片 4-13 表4-5-4 整體破壞模數強度紀錄表 4-16 表4-5-5 載重—位移圖及破壞照片表格 4-17 表4-5-6 石材載重—變位圖形比較 4-18 表4-5-7 石材各種破壞型態 4-19 表4-5-8 石材破壞模式比較 4-19 表4-5-9 脫層示意圖及照片 4-20 表4-6-1 石材黏著強度及破壞位置比率 4-21 表4-6-2 石材強度、破壞型態 4-22 表5-2-3-1 使用各種補強材狀況下強度倍數之比較 5-2 表5-2-3-2 使用各種補強材特性之比較 5-3 表5-2-3-3 南非淺黑,石材性質表 5-3 表5-2-3-4 琥珀紅,石材性質表 5-4 表5-3-1 各種補強材運用例 5-5 圖目錄 圖1-4-1 研究流程圖 1-3 圖2-3-4-1石材複合薄板製作流程圖表及照片 2-10 圖3-5-3-1石材試體示意圖 3-8 圖3-7-1-1試驗流程圖 3-13 圖3-7-2-1拉拔試驗破壞位置判斷示意圖 3-14 圖4-2-1 使用各種補強材狀況下破壞模數之比較4-2 圖4-3-1 拉拔試驗破壞位置判斷示意圖 4-3 圖4-3-2 鐵網黏著力變化 4-4 圖4-3-3 玻纖黏著力變化 4-5 圖4-3-4 碳纖維黏著力變化4-6 圖4-4-1 破壞模數試驗示意圖 4-7 圖4-4-2 鐵網破壞模數強度變化 4-8 圖4-4-3 玻纖破壞模數強度變化 4-9 圖4-4-4 碳纖維破壞模數強度變化4-10 圖4-5-1 整體黏著強度變化4-11 圖4-5-2 玻璃纖維編紗束平織法 4-13 圖4-5-3 黏結強度與混凝土強度、貼片方向關係4-14 圖4-5-4 整體破壞模數強度變化 4-16 圖5-3-1 外牆施做圖例 5-7 圖5-3-2 內牆施做圖例 5-7 圖5-3-3 天花板施做圖例 5-7 圖5-3-4 高架地板施做圖例 5-8 圖5-3-5 地坪施做圖例 5-8 圖5-3-6 門板施做圖例 5-9 圖5-3-7 電梯間施做圖例 5-9 圖5-3-8 衛浴空間施做圖例 5-9 圖5-3-9 其他部位施做圖例 5-10 照片目錄 照片2-4-1 石材薄板 2-16 照片3-1-1 石材乾式吊掛工法3-1 照片3-7-3-1 試體製作照片3-15 照片3-7-3-2 預先裁剪成補強材大小3-20 照片3-7-3-3 以膠帶封邊再塗佈EPOXY 3-20 照片3-7-3-4 拉拔鐵塊及承壓鐵板3-21 照片3-7-4-1 試體製作流程與耐候試驗3-24 照片3-7-4-2 試體製作流程與耐候試驗3-25 照片3-7-4-3 試體製作流程與耐候試驗3-26 照片3-7-4-4 破壞模數試驗3-26 照片3-7-4-5 黏著強度試驗結果照片3-27 照片3-7-4-6 黏著強度試驗結果照片3-28 照片3-7-4-7 黏著強度試驗結果照片3-29 照片3-7-4-8 破壞模數試驗結果照片3-30 照片3-7-4-9 破壞模數試驗結果照片3-31 照片3-7-4-10破壞模數試驗結果照片 3-32 照片3-7-4-11破壞模數試驗破壞面照片 3-33

    一、書籍類
    著作
    【C-01】張志純,<玻璃纖維補強塑膠之應用>,徐氏基金會,1969.06.10
    【C-02】周耀鑾、黃依典,<建築材料學>,科技圖書出版社,1979.09
    【C-03】中央標準局委託台灣營建中心研究,<建築材料耐久性標準化調查研究報告(一)>,1991
    【C-04】崔征國 譯,<新建築石材工程設計與施工(橫田暉生原著)>,詹氏書局,1991.06
    【C-05】黃斌,<建築物外牆面磚防災構法之研究>,供學出版社
    【C-06】台灣區石礦製品同業公會,<石材施工規範>,1991.07
    【C-07】陳宏謀,<鋼筋混凝土觀念分析>,標竿出版社,1993.03
    【C-08】馬振基,<高分子複合材料 (上冊)>,正中書局 ,1995
    【C-09】財團法人石材工業發展中心,<石材工程施工工法彙編>,1996.7
    【C-10】FRED NASHED,<Time-Saver Details for Exterior Wall Design>,AIA / McGraw-Hill Companies ,1996
    【C-11】楊思澤,<工業用黏著劑與施工>,高立圖書有限公司,1998.10.20
    【C-12】黃忠良,<尖端複合材料>,復漢出版社,1988.12,P38
    【C-13】內政部建築研究所,<外牆飾材技術規範之研究(一)石材>,2000.10.31

    論文
    【C-14】金惟國、康正豐,<溫濕效應對薄膜型環氧樹脂/壓克力樹脂黏著劑黏著強度的影響>,清華大學化學工程研究所碩士論文,1989
    【C-15】葉炳偉,<建築用石材耐磨性能之研究>,成大碩論,1991.06
    【C-16】蔡博維,<建築物外牆石材施工技術之研究>,成大碩論,1993. 06
    【C-17】羅文明,<合成樹脂防止建築石材表面污染之研究>,成大碩論,1995 .07
    【C-18】蘇鴻奇,<外牆吊掛石材與繫件接合強度之研究>,成大碩論,1997.06
    【C-19】王志丞,<玻璃纖維編織布補強花崗岩之力學性質>,成大碩論,1999.06
    【C-20】郭勇鑫,<建築物牆面石材濕式工法黏著強度之研究>,成大碩論,2000.06
    【C-21】區凱媛,<鋼架鋼網牆表面型態與粉刷層黏著強度研究>,成大碩論,2001.06
    【C-22】孫臆勛,<灰塵與雨水作用造成建築物外牆污染之研究─以表面粗度與角度因子探討之>,成大碩論, 2002.7
    【C-23】王崇道,<絹雲母/熱塑性聚胺基甲酸酯 複合材料貼片製作及補強效果之研究>,成大碩論, 2000.07.28
    【C-24】林延宗,<碳纖維貼片補強混凝土構件之耐久性能測試研究>,朝陽科大碩論,2002.07

    二、期刊類
    中文期刊
    【M-01】賴家聲,<環氧樹脂與硬化劑 (上)>,高分子工業,83期,P67-71,88.08
    【M-02】賴家聲,<環氧樹脂與硬化劑 (下)>,高分子工業,84期,P47-51,88.10
    【M-03】林清彬、葉明勳、莊東漢、顧鈞豪,<碳纖維/環氧樹脂複合材料之低溫及輻射劣化效應>,中國航空太空學會學刊第29卷第二期第153-159頁 / 1997
    【M-04】楊勇新、岳清瑞、胡云昌,<碳纖維布與混凝土黏結性能的試驗研究>, 建築結構學報第22
    卷第3期,2001.6 (大陸)
    【M-05】朱國棟等(朱國棟,邱佑宗, 盧廷鉅, 葉日翔),<複合材料補強鋼筋混凝土結構物方法與實例:學校建築物>強化塑膠, 85期,P12-23,89.12

    外文期刊
    【M-06】L.J Malvar,M.ASCE ; N.RJoshi;J.A Beran;and T.Novinson,<Environmental effect on the short-term bond of carbon fiber-reinforced polymer composites>,JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUCTION /FEBRUARY 2003
    【M-07】K. K. Kurtis and C.K.H. Dharan,<Composite fiber for external reinforcement of natural stone>,JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUCTION /AUGUST 1997
    【M-08】新藤芳一、武井吉一,<建築用自然用石の變質現象2年間の屋外曝露による變質>日本建築學會大會學術講演梗概集,1990.10
    【M-09】FRED NASHED,AIA / McGraw-Hill Companies,<Time-Saver Details for Exterior Wall Design>1996

    三、其他類
    【O -01】中華民國帷幕牆技術發展協會,<石材在外牆及帷幕牆之應用研討會>,2002.01.18
    【O-02】 財團法人石材工業發展中心,<石材帷幕牆的工法及風雨檢測技術研討會資料>,2002. 08. 20
    【O-02】 stone panel 產品型錄
    【O-02】(財)國土開發技術研究ヤンター建築物耐久性向上技術普及委員會,<外裝仕上げの耐久性向上技術>,技報堂,1987.03.25

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2003-08-11公開
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